DE1067535B

DE1067535B - Pocket dosimeter

Info

Publication number: DE1067535B
Application number: DEL27693A
Authority: DE
Inventors: Dr Bernhard Hess; Dr Phil Nat Rolf Hosemann; Harald Warrikhoff
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1957-05-24
Filing date: 1957-05-24
Publication date: 1959-10-22

Description

Taschendosimeter finden wegen ihrer geringen Abmessung als Strahlenschützmeßgeräte in Wissenschaft, Industrie und Medizin sowie auch für militärische und Luftschutzzwecke Verwendung. Solche Geräte besitzen in der Regel als wesentliche Bestandteile eine Luftionisationskammer und ein Elektrometer. Bei Bestrahlung wird das vorher aufgeladene Elektrometer über die Luftionisationskammer entsprechend der jeweiligen Ionisation bzw. Strahlendosis entladen. Ein Nachteil dieser Geräte besteht unter anderem darin, daß sie eine besondere Ladevorrichtung benötigen, die entweder eingebaut ist oder eine gesonderte Einheit darstellt.Pocket dosimeters are used as radiation protection measuring devices in science because of their small size, Industry and medicine as well as for military and air defense purposes. Such devices usually have an air ionization chamber and an electrometer as essential components. With radiation the previously charged electrometer via the air ionization chamber according to the respective Discharge ionization or radiation dose. One disadvantage of these devices is that they that they require a special charging device that is either built-in or a separate unit represents.

Eine Folge des genannten Nachteils ist die Notwendigkeit, aus dem Taschendosimeter einen beim Meßvorgang hochisolierten Pol herausführen zu müssen, um das Gerät vor der Messung aufzuladen. Dieser Pol muß also gegen Bestrahlung und Ver— schmutzung geschützt werden, damit durch ihn nicht eine Verfälschung des Meßergebnisses auftritt.A consequence of the mentioned disadvantage is the need to get one from the pocket dosimeter Measuring process to have to lead out the highly insulated pole in order to charge the device before the measurement. This pole must therefore be protected against radiation and pollution, so that it does not a falsification of the measurement result occurs.

Die Notwendigkeit einer Aufladung mehr oder weniger lange Zeit vor der Messung macht die genannten Taschendosimeter im besonderen völlig ungeeignet für Luftschutzzwecke, da die Zeit von Aufladung bis Messung in das Meßergebnis eingeht.The need for charging more or less a long time before the measurement makes the above mentioned Pocket dosimeters in particular are completely unsuitable for air raid protection purposes, since the time of charging until the measurement is included in the measurement result.

Heß hat in der deutschen Patentschrift 940 847 eine Einrichtung zur Messung von Röntgen- und Gammastrahlen beschrieben, die die obengenannten Nachteile nicht aufweist. Es wird dort nämlich eine Vielzahl von Folien oder schichtförmigen oder gitterartigen Gebilden, die voneinander wahlweise durch Vakuum oder andere Isolationsmaterialien getrennt sind, als Strahlendetektor verwendet. Die Hälfte der Folien ist aus Stoffen niedrigen Atomgewichts hergestellt und mit dem einen Pol eines Amperemeters verbunden, die andere Hälfte der Folien aus einem Stoff mit möglichst hohem Atomgewicht ist mit der anderen Klemme des Amperemeters verbunden. Es wird dann die vom Atomgewicht abhängige Ausbeute an Elektronen ausgenutzt. Diese Meßsonde erzeugt bei Bestrahlung also ihre eigene elektromotorische Kraft und bedarf des bei den Ionisationskammern notwendigen elektrischen Zugfeldes nicht mehr. Die Sonde wirkt also als Stromquelle für ein Amperemeter. Hess has in the German patent specification 940 847 a device for measuring X-ray and Gamma rays described, which does not have the disadvantages mentioned above. There will be one there Variety of films or layered or grid-like structures, which can be selected from one another Vacuum or other insulation materials are separated, used as a radiation detector. Half of Foil is made of materials with a low atomic weight and has one pole of an ammeter connected, the other half of the foils made of a substance with the highest possible atomic weight is connected to the connected to the other terminal of the ammeter. It then becomes the atomic weight-dependent yield exploited in electrons. When irradiated, this measuring probe generates its own electromotive Force and no longer needs the electrical pulling field required in the ionization chambers. the So the probe acts as a power source for an ammeter.

Zur Erzielung der bei dem Meßgerät nach der deutschen Patentschrift 940 847 notwendigen Ströme kommt es darauf an, eine ausreichend große Zahl von Folien mit ausreichend großer Fläche in den Strahlendetektor einzubauen. Diese Anordnung mißt nicht richtungsunabhängig. Außerdem läßt sich auf diese Weise nicht ein Meßgerät der für ein Taschendosimeter gewünschten kleinen Ausdehnung und des gewünschten kleinen Gewichtes herstellen.To achieve the currents required in the measuring device according to German patent specification 940 847 it is important to put a sufficiently large number of foils with a sufficiently large area in the radiation detector to be built in. This arrangement does not measure in a direction-independent manner. It can also be used on this Not a measuring device of the desired small size and the desired size for a pocket dosimeter produce small weight.

Tas chendo simeterPocket simeter

Anmelder:Applicant:

LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22

Dr. Bernhard Hess, Regensburg,
Dr. phil. nat. Rolf Hosemann, Berlin-Grunewald,
und Harald Warrikhoff, Berlin-Wilmersdorf,
sind als Erfinder genannt wordenDr. Bernhard Hess, Regensburg,
Dr. phil. nat. Rolf Hosemann, Berlin-Grunewald,
and Harald Warrikhoff, Berlin-Wilmersdorf,
have been named as inventors

In gewisser Weise behebt die Anordnung nach der britischen Patentschrift 730199 diese Schwierigkeiten, indem statt einer Strommessung durch Anschalten eines Fadenelektrometers eine Spannungsmessung vorgenommen wird. Es bringt dabei die Vielzahl von Folien keinen Vorteil, weil dadurch in gleichem Maße die Kapazität des Systems erhöht wird, die erzeugte Spannung also nicht größer wird. Nachteiligerweise ist in der genannten britischen Patentschrift aber statt eines Isolationsmaterials ein Füllgas — allerdings relativ geringen Druckes — zur Anwendung gekommen. Die Elektroden bestehen hier aus Stoffen verschiedener chemischer Zusammensetzung. Bei Bestrahlung wirkt die Meßstelle wie ein galvanisches Element, wobei der flüssige Elektrolyt durch das von der Strahlung ionisierte Füllgas ersetzt ist. Es entstehen dann Klemmenspannungen in der Größenordnung von 0,2 Volt, die mittels eines geeigneten Strom- oder Spannungsmessers gemessen werden können. Bei der Ausgestaltung zu einem Taschendosimeter ergeben sich auch hier die schon in der deutschen Patentschrift 940 847 genannten Schwierigkeiten, weil das Gerät mit Meßinstrument verhältnismäßig groß ist. Diese Anordnung arbeitet also wieder teilweise als Ionisationskammer, ohne aber allerdings eines von außen an die Elektroden gelegten elektrischen Zugfeldes zu bedürfen.In a way, the arrangement of British Patent 730199 overcomes these difficulties, in that instead of a current measurement by switching on a thread electrometer, a voltage measurement is made. The large number of foils is of no advantage because it means that in the capacity of the system is increased to the same extent, i.e. the voltage generated does not increase. Disadvantageously, instead of an insulation material, there is a Filling gas - albeit at a relatively low pressure - have been used. The electrodes exist here from substances of different chemical composition. When irradiated, the measuring point acts like a Galvanic element, where the liquid electrolyte is replaced by the filling gas ionized by the radiation is. Terminal voltages of the order of magnitude of 0.2 volts then arise, which are generated by means of a suitable Ammeter or voltmeter can be measured. When designing a Pocket dosimeters also result in those already mentioned in German patent specification 940 847 Difficulties because the device with the measuring instrument is relatively large. This arrangement works so again partly as an ionization chamber, but without one placed on the electrodes from the outside electrical traction field.

Um alle genannten Nachteile zu vermeiden bzw. herabzusetzen, sind bei einem Taschendosimeter für Röntgen-, Gamma- und Neutronenstrahlen erfindungsgemäß einige wenige, zumindest aber zwei konzentrische Kugelschalen oder konzentrische Prismen oderIn order to avoid or reduce all of the disadvantages mentioned, a pocket dosimeter for X-rays, gamma rays and neutron rays according to the invention have a few, but at least two concentric ones Spherical shells or concentric prisms or

909 639/267909 639/267

konzentrische Zylinder aus Materialien verschiedener Elektronenergiebigkeit in einem Hochvakuumgefäß ineinandergeschachtelt, die die Elektroden eines sogenannten Spannungselementes bilden, das mit einem Elektrometer verbunden ist.concentric cylinders made of materials with different electron yields in a high vacuum vessel nested, which form the electrodes of a so-called voltage element that is connected to a Electrometer is connected.

Xach dem oben Gesagten wird die Höhe der dem Elektrometerfaden zugeführten Spannung durch die kleine Gesamtfläche der Elektroden nicht beeinträchtigt, und außerdem ist es möglich, durch die angegebene Formgebung dieser Elektroden eine praktisch vernachlässigbare Ricbtungsabhängigkeit der Empfindlichkeit des Taschendosimeters zu erwirken. Gegenüber den bekannten Taschendosimetern aber, die diese Vorteile auch aufweisen, bedarf dieses Dosimeter eines elektrischen Zugfeldes nicht, ist in jedem Augenblick also, ohne von außen vorher aufgeladen zu sein, betriebsfähig.According to the above, the level of the voltage applied to the electrometer thread is determined by the small total area of the electrodes is not affected, and moreover it is possible through the specified Shaping of these electrodes has a practically negligible Ricbtung Dependency To achieve sensitivity of the pocket dosimeter. Compared to the well-known pocket dosimeters, which also have these advantages, this dosimeter does not need an electrical pulling field, it is in everyone Instantly operational without being charged from the outside beforehand.

Während nämlich diejenigen Taschendosimeter, die mit Hilfsspannung arbeiten, durch ihre Selbstentladung eine Strahlung vortäuschen und deswegen bei jeder Messung einer diesbezüglichen Korrektur bedürfen, ist das Spannungselement im unbestrahlten Zustand ungeladen, unterliegt also keiner durch Isolation bedingten Selbstentladung und zeigt also auch nach beliebig langer Lagerzeit den wahren Wert »0« an. Aber auch im bestrahlten Zustand hat das Taschendosimeter nach der Erfindung einen wesentlichen Vorteil. Während man nämlich bei den Taschendosimetern mit Hilfsspannung darauf bedacht ist, dem Meßsystem eine möglichst geringe Kapazität zu geben, um bei einer bestimmten Ionisation (Ladung) eine möglichst hohe Spannungsänderung zu erzielen, besitzt das vorgeschlagene Taschendosimeter wegen seiner flächenhaft ausgebildeten Elektroden eine weit größere Kapazität. Vorausgesetzt, der Isolationswiderstand beider Dosimeter sei der gleiche, so ist die Selbstentladung nach Einstrahlung einer bestimmten Dosis beim Taschendosimeter der vorliegenden Erfindung wegen der größeren Kapazität bedeutend geringer.While those pocket dosimeters that work with auxiliary voltage are self-discharging simulate a radiation and therefore require a corresponding correction for each measurement, if the voltage element is uncharged in the non-irradiated state, it is not subject to any insulation conditional self-discharge and thus shows the true value "0" even after any length of storage at. But the pocket dosimeter according to the invention also has a significant advantage in the irradiated state. While one is concerned with the pocket dosimeters with auxiliary voltage, the To give the measuring system the lowest possible capacity in order to avoid a certain ionization (charge) To achieve the highest possible voltage change, the proposed pocket dosimeter has because of its planar electrodes have a far greater capacity. Provided that the insulation resistance of both dosimeters is the same, this is the case the self-discharge after irradiation of a certain dose with the pocket dosimeter of the present one Invention because of the larger capacity significantly less.

Im Gegensatz zu der Anordnung nach der britischen Patentschrift 730 199 wird hier nicht eine galvanische Kette benutzt, sondern die verschiedene Elektronenenergiebigkeit der beiden Elektroden. Dadurch lassen sich bei Bestrahlung Spannungen von vielen 100 Volt erreichen, die mittels einfacher Elektrometer nachweisbar sind. Die beiden Elektroden wirken also wie ein Spannungselement, das sich bei Bestrahlung auf außerordentlich große Spannungen auflädt und hochohmig arbeitet.In contrast to the arrangement according to British patent 730 199, there is no galvanic Chain, but the different electron yields of the two electrodes. Through this voltages of many 100 volts can be achieved with irradiation, which by means of simple Electrometers are detectable. The two electrodes thus act like a voltage element that is charges to extremely high voltages when exposed to radiation and works with high resistance.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Spannungselement mit dem Elektrometer in ein gemeinsames Vakuumgefäß eingeschlossen. Dadurch wird der große Vorteil erzielt, daß keinerlei elektrische Kontakte aus dem Gefäß nach außen geführt werden müssen. Weiterhin besteht durch die Formgebung und Anordnung der Elektroden, die sich übereinanderschachteln, der Vorteil, daß das Taschendosimeter nach der Erfindung über einen sehr großen Öffnungswinkel die gleiche Empfindlichkeit gegenüber der Primärstrahlung hat.In a further embodiment of the invention, the voltage element is in a common with the electrometer Vacuum vessel included. This has the great advantage that no electrical Contacts must be led out of the vessel. Furthermore, there is the shape and arrangement of the electrodes, one on top of the other, the advantage that the pocket dosimeter according to the invention over a very large opening angle the same sensitivity to who has primary radiation.

In dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei konzentrische Kugelschalen 1 und 2 gewählt, die isoliert voneinander unter Hochvakuum konzentrisch angeordnet sind, wobei die Spannung der inneren Kugelschale 2 über eine Leitung 3 durch die Isolation 4 nach außen geführt ist, wie links in der Zeichnung dargestellt ist. Die Elektrode 2 besteht aus Materialien hoher Ergiebigkeit von Ladungsträgern, die durch die einfallende PrimärstrahlungIn the embodiment shown in the drawing, two concentric spherical shells 1 and 2 are selected, which are arranged concentrically isolated from one another under a high vacuum, the tension of the inner spherical shell 2 being guided to the outside via a line 3 through the insulation 4 , as on the left in the drawing is shown. The electrode 2 consists of materials with a high yield of charge carriers caused by the incident primary radiation

ausgelöst werden, während die Elektrode 1 eine weit geringere Ergiebigkeit hat (oder umgekehrt).triggered while the electrode 1 has a much lower yield (or vice versa).

Die aus dem Spannungselement herausgeführte Leitung 3 ist mit dem Elektrometerfaden 5 elektrisch verbunden. Beim Meßvorgang lädt sich also die von den Kugelschalen und dem Elektrometer gebildete Kapazität in einer durch die Strahlungsintensität bestimmten Schnelligkeit auf. Bringt man das Spannungselement 1, 2 mit dem Elektrometer in einem The line 3 led out of the tension element is electrically connected to the electrometer thread 5. During the measuring process, the capacitance formed by the spherical shells and the electrometer is charged at a rate determined by the intensity of the radiation. If you bring the voltage element 1, 2 with the electrometer in one

ίο gemeinsamen hochevakuierten Gefäß 6 unter, so erhält man ein einheitliches Taschengerät. Durch eine am Vakuumgefäß angebrachte Lupe 7 kann die Auswanderung des Elektrometerfadens 5 gegenüber einer Meßskala 8 messend verfolgt werden. Damit beim Meßprozeß nur das Volumen 9 zwischen den beiden konzentrischen Schalen 1, 2 einen Beitrag zur Auswanderung des Elektrometerfadens liefert, muß entweder der Elektrometerteil von einem strahlungsundurchlässigen Mantel 6 umgeben werden oder, einfächer, aus Materialien aufgebaut sein, die alle in dem benutzten Bestrahlungsbereich dieselbe Ergiebigkeit an sekundärausgelösten Ladungsträgern haben. Dabei ist die Materialzusammensetzung der beiden Elektroden 1 und 2 aus Atomen verschiedener Ordnungszahl so gewählt, daß das Spannungselement in einem gewissen Wellenlängenbereich eine praktisch wellenlängenunabhängige Empfindlichkeit aufweist, wobei die Kugelkalottenform der Elektroden zugleich eine Richtungsunabhängigkeit der Messung garantiert. ίο common highly evacuated vessel 6 under, so you get a uniform pocket device. With a magnifying glass 7 attached to the vacuum vessel, the migration of the electrometer thread 5 with respect to a measuring scale 8 can be monitored. So that only the volume 9 between the two concentric shells 1, 2 contributes to the migration of the electrometer thread during the measuring process, either the electrometer part must be surrounded by a radiation-opaque jacket 6 or, simply, made up of materials, all of which are the same in the irradiation area used Have a high yield of secondary released load carriers. The material composition of the two electrodes 1 and 2, consisting of atoms of different atomic numbers, is chosen so that the voltage element has a practically wavelength-independent sensitivity in a certain wavelength range, the spherical cap shape of the electrodes at the same time guaranteeing that the measurement is independent of direction.

Zur Einstellung des Gerätes auf »Masse« oder »Massen« ist in seinem rechts gezeigten Teil außerdem die folgende Vorrichtung angebracht: Der Elektrometerfaden ist über den Metalldraht 10 in der Isolation 11 mechanisch festgehalten und weist eine gleichfalls isolierte Verlängerung 12 als Anschlagstift auf. Im Boden 13 des Gerätes ist in einem Stift 14 drehbar ein Permanentmagnet 15 angebracht, der über die Leitung 16 mit der zweiten Elektrode des Elektrometers und der Elektrode 1 des Spannungselementes verbunden ist.To set the device to "mass" or "mass", the part shown on the right also has the following device: The electrometer thread is mechanically held in the insulation 11 by the metal wire 10 and has a likewise insulated extension 12 as a stop pin. In the bottom 13 of the device, a permanent magnet 15 is rotatably mounted in a pin 14 , which is connected via the line 16 to the second electrode of the electrometer and the electrode 1 of the voltage element.

Außerdem ist am Boden des Gerätes drehbar eine Kappe 17 angebracht, in deren Boden ein zweiter Permanentmagnet 18 befestigt ist. Beide Magnete 15 und 18 stellen sich nun so ein, daß ihre Nord- und Südpole N-S, wie dargestellt, wechselseitig einander gegenüberstehen. Durch Drehung der Kappe 17 hat man es dann in der Hand, den Magnet 15 so weit zu verdrehen, bis er den Anschlagstift 12 berührt. In dieser Stellung ist der Elektrometerfaden 5 geerdet. Eine an der Kappe angebrachte Arretierung 19 sorgt dafür, daß diese Stellung »Masse« sicher erhalten bleibt, auch wenn man das Meßgerät in der Tasche trägt. Löst man diese Arretierung 19 jedoch und verdreht die Kappe 17 in eine abermals sicher einrastende Stellung »Messen«, so ist der Magnet 15 so weit von dem Anschlagstift 12 entfernt, daß auch bei Erschütterung und Verdrehung des Gerätes eine Erdung des Elektrometerfadens 5 in keinem Falle mehr stattfinden kann. Das Gerät steht also auf Meßstellung. Weiterhin ist das Spannungselement 1, 2 von einer weiteren Kugelschale 20 umgeben. Diese besteht aus einem geeigneten Material, in dem die harte Komponente der Primärstrahlung (Neutronen- oder Gammastrahlung) eine Sekundärstrahlung auslöst, auf die die entsprechend sensibilisierten Elektroden 1 und 2 ansprechen können. Eine in der Abbildung nicht eingezeichnete Konstruktion läßt es zu, diese Zusatzkappe 20 aus dem Gerät zu entfernen und durch andere geeignete Kappen zu ersetzen, so daß man das Taschendosimeter für verschiedene Strahlungsarten einstellen kann. So ist eine Zusatzkappe vorgesehen,In addition, a cap 17 is rotatably attached to the bottom of the device, in the bottom of which a second permanent magnet 18 is attached. Both magnets 15 and 18 are now set in such a way that their north and south poles NS, as shown, are mutually opposite one another. By turning the cap 17 , you then have it in your hand to turn the magnet 15 until it touches the stop pin 12. In this position the electrometer thread 5 is grounded. A locking device 19 attached to the cap ensures that this "ground" position is safely retained, even when the measuring device is carried in your pocket. However, if this locking mechanism 19 is released and the cap 17 is rotated again into a securely locking position "measuring", the magnet 15 is so far removed from the stop pin 12 that the electrometer thread 5 is never grounded even if the device is jolted and twisted more can take place. The device is therefore in the measuring position. Furthermore, the tension element 1, 2 is surrounded by a further spherical shell 20 . This consists of a suitable material in which the hard component of the primary radiation (neutron or gamma radiation) triggers a secondary radiation to which the correspondingly sensitized electrodes 1 and 2 can respond. A construction not shown in the figure allows this additional cap 20 to be removed from the device and replaced by other suitable caps so that the pocket dosimeter can be set for different types of radiation. An additional cap is provided,

Claims

which is weakly radioactive. It represents the current standard with which the sensitivity of the device can be checked at any time or, if the sensitivity is changed, it can be re-determined. The sensitivity of the display can be reduced during manufacture due to the deterioration of the insulation. It is set on request so that the pocket dosimeter when irradiated with z. B. the tolerance dose does not indicate radiation. The device described above can also be used to measure the dose rate. For this purpose, a suitably dimensioned resistor is switched on parallel to the two poles 11, 14 of the electrometer. The electrometer thread deflection is now proportional to the current flowing in this resistor, and this in turn depends on the number of charge carriers generated every second in electrodes 1 and 2, which is proportional to the radiation intensity, which is also called the dose rate. By means of the magnetic coupling 15, 18 shown in the figure, it is also possible to switch on one or more different resistors of this type, so that the device can be used as a universal device at the same time as a dose and dose rate meter, the dose rate meter being switchable to different measuring ranges . Claims: 30

1. Pocket dosimeter for dose measurement of X-ray, gamma and neutron rays, thereby characterized in that a few, but at least two concentric spherical shells or concentric prisms or concentric cylinders made of materials with different electron energies are nested in a high vacuum vessel, which form the electrodes of a so-called voltage element, which with connected to an electrometer.

2. Pocket dosimeter according to claim 1, characterized in that the electrodes and the electrometer are enclosed in a common vessel under high vacuum.

3. Pocket dosimeter according to claim 1 and 2, characterized in that the material composition the electrodes is chosen so that the device in a certain spectral range a has practically wavelength-independent sensitivity.

4. Pocket dosimeter according to claim 1 to 3, characterized in that the voltage element or the part that the electrode system contains, with an exchangeable cover

is provided, which, depending on the material composition, generates a different type of secondary radiation.

5. Pocket dosimeter according to claim 2 to 4, characterized in that the electrode system and electrometer common high vacuum vessel does not have any electrode lead-throughs to the outside.

6. Pocket dosimeter according to claim 1 to 5, characterized in that for calibration of the device a slide with a radioactive slide in a unique and reproducible Location can be attached to the device.

7. Pocket dosimeter according to claim 1 to 6, characterized in that the self-discharge of the device is dimensioned in such a way that the same no radiation when irradiated with a certain dose indicates, advantageously for this specific dose the tolerance dose or one of it related size is used.

8. Pocket dosimeter according to claim 2 to 7, characterized in that a device is provided on the device is attached, which allows the electrometer to be short-circuited or in the measuring position without having to break through the vacuum vessel.

9. tension element according to claim 2 to 8, characterized in that the setting is on "Mass" and "measure" are carried out by means of a magnetic coupling.

10. Pocket dosimeter according to claim 1 to 9, characterized in that parallel to the electrometer a suitably dimensioned ohmic resistor is built in, so that the electrical deflection directly displays the dose rate.

11. Pocket dosimeter according to claim 10, characterized in that by a magnetic Coupling from the outside, various resistors can be switched on in parallel to the electrometer are, so that the dose rate meter has measuring ranges with different sensitivities.

12. Pocket dosimeter according to claim 1 to 11, characterized in that by appropriate Setting the magnetic coupling the device either as a dose meter or as a dose rate meter with different sensitivity levels is usable.

Considered publications:
German patent specifications No. 646 012, 887 080,
847;

British Patent No. 730 199;
U.S. Patent No. 2,696,564.

1 sheet of drawings

® 909 639/267 10.59® 909 639/267 10.59